Schering Bridge คืออะไร: วงจรการทำงานและการใช้งาน

Schering Bridge เป็นวงจรไฟฟ้าที่ใช้สำหรับวัดคุณสมบัติการเป็นฉนวนของสายไฟฟ้าและอุปกรณ์ เป็นวงจรสะพานกระแสสลับที่พัฒนาโดย Harald Ernst Malmsten Schering (25 พฤศจิกายน พ.ศ. 2423 - 10 เมษายน พ.ศ. 2502) มีข้อดีที่สุดคือสมการสมดุลไม่ขึ้นกับความถี่ สะพานกระแสไฟฟ้าที่มาคือสะพาน AC ซึ่งเป็นเครื่องมือที่ได้รับความนิยมสะดวกและโดดเด่นหรือแม่นยำที่สุดใช้สำหรับการวัดความต้านทานกระแสสลับความจุและความเหนี่ยวนำ สะพาน Ac ก็เหมือนกับ DC สะพาน แต่ความแตกต่างระหว่างสะพานกระแสสลับและสะพานกระแสตรงคือแหล่งจ่ายไฟ

Schering Bridge คืออะไร?

คำจำกัดความ: Schering bridge เป็นสะพาน AC ชนิดหนึ่งซึ่งใช้ในการวัดความจุที่ไม่ทราบค่าการซึมผ่านสัมพัทธ์ปัจจัยการกระจายตัวและการสูญเสียอิเล็กทริกของตัวเก็บประจุ แรงดันไฟฟ้าสูงในสะพานนี้ได้มาจากการใช้หม้อแปลงแบบ step-up วัตถุประสงค์หลักของสะพานนี้คือการหาค่าความจุ อุปกรณ์หลักที่จำเป็นสำหรับการเชื่อมต่อ ได้แก่ ชุดเทรนเนอร์กล่องความจุทศวรรษมัลติมิเตอร์ CRO และคอร์ดแพทช์ สูตรที่ใช้ในการรับค่าความจุคือ CX = C_สอง(ร₄/ ร₃).

วงจร AC Bridge พื้นฐาน

ในสะพานไฟฟ้ากระแสสลับจะใช้สายไฟเป็นแหล่งกระตุ้นที่ความถี่ต่ำ ออสซิลเลเตอร์ ใช้เป็นแหล่งที่มาในการวัดความถี่สูง ช่วงความถี่ของออสซิลเลเตอร์คือ 40 Hz ถึง 125 Hz สะพานไฟฟ้ากระแสสลับไม่เพียง แต่วัดความต้านทานความจุและความเหนี่ยวนำเท่านั้น แต่ยังวัดค่ากำลังไฟฟ้าและปัจจัยการจัดเก็บและสะพาน AC ทั้งหมดจะขึ้นอยู่กับสะพานวีทสโตน แผนภาพวงจรพื้นฐานของสะพานกระแสสลับแสดงในรูปด้านล่าง

พื้นฐาน -c- สะพานวงจร

แผนภาพวงจรพื้นฐานของวงจรบริดจ์ AC ประกอบด้วยอิมพีแดนซ์สี่ Z1, Z2, Z3 และ Z4 เครื่องตรวจจับและแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ เครื่องตรวจจับวางอยู่ระหว่างจุด 'b' และ 'd' และเครื่องตรวจจับนี้ใช้เพื่อปรับสมดุลของสะพาน แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับวางอยู่ระหว่างจุด 'a' และ 'c' และจ่ายไฟให้กับเครือข่ายบริดจ์ ศักยภาพของจุด 'b' จะเหมือนกับจุดที่เป็นไปได้ 'd' ในแง่ของแอมพลิจูดและเฟสทั้งสองจุดศักย์เช่น b & d จะเท่ากัน ทั้งในขนาดและเฟสจุด 'a' ถึง 'b' แรงดันตกจะเท่ากับจุดตกของแรงดันไฟฟ้า a ถึง d

เมื่อใช้สะพานไฟฟ้ากระแสสลับสำหรับการวัดที่ความถี่ต่ำสายไฟจะถูกใช้เป็นแหล่งจ่ายและเมื่อทำการวัดที่ความถี่สูงจะใช้ออสซิลเลเตอร์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับแหล่งจ่ายไฟ ออสซิลเลเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ใช้เป็นแหล่งจ่ายไฟความถี่ที่ให้มาจากออสซิลเลเตอร์ได้รับการแก้ไขและรูปคลื่นเอาท์พุตของออสซิลเลเตอร์อิเล็กทรอนิกส์เป็นรูปซายน์ในธรรมชาติ มีเครื่องตรวจจับสามประเภทที่ใช้ในสะพานไฟ AC ได้แก่ หูฟังแบบสั่น กัลวาโนมิเตอร์ และปรับแต่งได้ เครื่องขยายเสียง วงจร

มีช่วงความถี่ที่แตกต่างกันและในนั้นจะใช้เครื่องตรวจจับเฉพาะ ช่วงความถี่ต่ำของหูฟังคือ 250Hz และช่วงความถี่สูงสูงกว่า 3 ถึง 4KHz ช่วงความถี่กัลวาโนมิเตอร์แบบสั่นอยู่ระหว่าง 5Hz ถึง 1000Hz และมีความไวต่ำกว่า 200Hz ช่วงความถี่ของวงจรขยายเสียงที่ปรับได้อยู่ระหว่าง 10Hz ถึง 100KHz

แผนภาพวงจรไฟฟ้าแรงสูง Schering Bridge

แผนภาพวงจรไฟฟ้าแรงสูง Schering bridge แสดงในรูปด้านล่าง สะพานประกอบด้วยสี่แขนในแขนแรกมีความจุที่ไม่รู้จักสองตัว C1 และ C2 ซึ่งเราต้องหาและเชื่อมต่อตัวต้านทาน R1 และในแขนที่สองความจุตัวแปร C4 และตัวต้านทาน R3 และ R4 เชื่อมต่อกัน ตรงกลางของตัวตรวจจับสะพาน ‘D’ เชื่อมต่ออยู่

แรงดันสูง - เชริงบริดจ์

ในรูป 'C1' คือตัวเก็บประจุที่ต้องพัฒนาความจุ 'R1' คือความต้านทานแบบอนุกรมที่แสดงถึงการสูญเสียในตัวเก็บประจุ C1, C2 คือตัวเก็บประจุมาตรฐาน 'R3' คือความต้านทานแบบไม่เหนี่ยวนำ 'C4 'เป็นตัวเก็บประจุแบบแปรผันและ' R4 'คือความต้านทานแบบไม่อุปนัยแบบแปรผันควบคู่ไปกับตัวเก็บประจุแบบแปรผัน' C4 '

โดยใช้เงื่อนไขสมดุลของสะพานอัตราส่วนของอิมพีแดนซ์ ‘Z1 & Z2’ จะเท่ากับอิมพีแดนซ์ ‘Z3 & Z4’ จะแสดงเป็น

Z1 / Z2 = Z3 / Z4

Z1 * Z4 = Z3 * Z2 ………………… eq (1)

ที่ไหน ด้วย_{1 =}ร₁+ 1 / jwC₁ด้วย_{2 =}1 / jwC_สองด้วย_{3 =}ร₃ด้วย_{4 =}(ร₄+ 1 / jwC₄ร₄) / (ร₄- 1 / jwC₄ร₄)

ตอนนี้แทนที่ค่าของอิมพีแดนซ์ Z1, Z2, Z3 และ Z4 ในสมการ 1 จะได้ค่า C1 และ R1

(ร₁+ 1 / jw ค₁) [(ร₄+ 1 / jwC₄ร₄) / (ร₄- 1 / jwC₄ร₄)] = ร₃(1 / jwC_สอง) ……… .. eq (2)

โดยการลดความซับซ้อนของความต้านทาน Z4 จะได้รับ

ด้วย_{4 =}(ร₄+ 1 / jwC₄ร₄) / (ร₄- 1 / jwC₄ร₄)

ด้วย_{4 =}ร₄/ jwC₄ร₄…………… .eq (3)

แทน eq (3) ใน eq (2) จะได้

(ร₁+ 1 / jw ค₁) (ร₄/ jwC₄ร₄) = ร₃(1 / jwC_สอง)

(ร₁ร₄) + (ร₄/ jw ค₁) = (ร₃/ jwC_สอง) (1+ jwC₄ร₄)

โดยการทำให้สมการข้างต้นง่ายขึ้นจะได้

(ร₁ร₄) + (ร₄/ jw ค₁) = (ร₃/ jwC_สอง) + (ร₃* ร₄ค₄/ ค_สอง) ………… eq (4)

เปรียบเทียบชิ้นส่วนจริง R1 R4 และ R3 * R4C4 / 2 ใน eq (4) จะได้ค่าความต้านทานที่ไม่ทราบค่า R1

R1 R4 = R3 * R4C4 / C2

R1 = R3 * C4 / C2 ………… eq (5)

เปรียบเทียบส่วนจินตภาพ R ในทำนองเดียวกัน₄/ jw ค₁และ R₃/ jwC_สองจะได้รับความจุที่ไม่รู้จัก C₁มูลค่า

ร₄/ jw ค₁= ร₃/ jwC_สอง

ร₄/ ค₁= ร₃/ ค_สอง

ค₁= (ร₄/ R3) ค_สอง…………. (6)

สมการ (5) และ (6) คือความต้านทานที่ไม่รู้จักและความจุที่ไม่รู้จัก

Tan Delta การวัดโดยใช้ ScheringBridge

การสูญเสียอิเล็กทริก

วัสดุไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพรองรับการจัดเก็บประจุในปริมาณที่แตกต่างกันโดยมีการกระจายพลังงานน้อยที่สุดในรูปของความร้อน การสูญเสียความร้อนนี้เรียกว่าการสูญเสียอิเล็กทริกอย่างมีประสิทธิภาพเป็นการกระจายพลังงานโดยธรรมชาติของอิเล็กทริก มีการกำหนดพารามิเตอร์อย่างปลอดภัยในแง่ของเดลต้ามุมการสูญเสียหรือเดลต้าแทนเจนต์การสูญเสียแทนเจนต์ โดยพื้นฐานแล้วการสูญเสียมีอยู่สองรูปแบบหลักที่อาจทำให้พลังงานกระจายไปภายในฉนวน ได้แก่ การสูญเสียการนำไฟฟ้าและการสูญเสียอิเล็กทริก ในการสูญเสียการนำกระแสการไหลของประจุผ่านวัสดุทำให้เกิดการกระจายพลังงาน ตัวอย่างเช่นการไหลของกระแสไฟฟ้ารั่วผ่านฉนวน การสูญเสียอิเล็กทริกมีแนวโน้มที่จะสูงขึ้นในวัสดุที่มีค่าคงที่เป็นฉนวนสูง

วงจรอิเล็กทริกเทียบเท่า

สมมติว่าวัสดุอิเล็กทริกใด ๆ ที่เชื่อมต่อในวงจรไฟฟ้าเป็นอิเล็กทริกระหว่างตัวนำทำหน้าที่เป็นตัวเก็บประจุที่ใช้งานได้จริง ความเทียบเท่าทางไฟฟ้าของระบบดังกล่าวสามารถออกแบบให้เป็นแบบจำลององค์ประกอบที่เป็นก้อนทั่วไปซึ่งรวมถึงตัวเก็บประจุในอุดมคติแบบไม่สูญเสียในอนุกรมที่มีความต้านทานเรียกว่าความต้านทานแบบอนุกรมเทียบเท่าหรือ ESR ESR แสดงถึงการสูญเสียในตัวเก็บประจุโดยเฉพาะค่า ESR มีค่าน้อยมากในตัวเก็บประจุที่ดีและค่าของ ESR นั้นค่อนข้างมากในตัวเก็บประจุที่ไม่ดี

ปัจจัยการกระจาย

เป็นการวัดอัตราการสูญเสียของพลังงานในอิเล็กทริกเนื่องจากการสั่นของวัสดุอิเล็กทริกเนื่องจากแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่ใช้ ปัจจัยคุณภาพซึ่งกันและกันเรียกว่าปัจจัยการกระจายซึ่งแสดงเป็น Q = 1 / D คุณภาพของตัวเก็บประจุขึ้นอยู่กับปัจจัยการกระจายตัว สูตรปัจจัยการกระจายคือ

D = wR₄ค₄

Schering-bridge-phasor-diagram

สำหรับการตีความทางคณิตศาสตร์ให้ดูที่แผนภาพเฟสเซอร์ซึ่งเป็นอัตราส่วนของ ESR และรีแอคแตนซ์ความจุ เรียกอีกอย่างว่ามุมสัมผัสของการสูญเสียและโดยทั่วไปแสดงเป็น

Tan Delta = ESR / X_ค

การทดสอบ Tan Delta

การทดสอบเดลต้าสีแทนดำเนินการกับฉนวนของขดลวดและสายเคเบิล การทดสอบนี้ใช้เพื่อวัดการเสื่อมสภาพในสายเคเบิล

ทำการทดสอบ Tan Delta

ในการทำการทดสอบเดลต้าสีแทนจะต้องทำการทดสอบฉนวนของสายเคเบิลหรือขดลวดโดยแยกและตัดการเชื่อมต่อก่อน จากแหล่งพลังงานความถี่ต่ำแรงดันไฟฟ้าทดสอบจะถูกนำไปใช้และการวัดที่จำเป็นจะดำเนินการโดยตัวควบคุมเดลต้าแทนและแรงดันไฟฟ้าทดสอบจะเพิ่มขึ้นตามขั้นตอน จากแผนภาพเฟสเซอร์ด้านบนของสะพานเชริงเราสามารถคำนวณค่าของเดลต้าแทนซึ่งเรียกอีกอย่างว่า D (Dissipation Factor) เดลต้าสีแทนแสดงเป็น

Tan Delta = ห้องน้ำ₁ร₁= W * (ค_สองร₄/ R3) * (ร₃ค₄/ ค_สอง) = ห้องสุขา₄ร₄

การวัดความสามารถในการซึมผ่านสัมพัทธ์ด้วย Schering Bridge

วัสดุอิเล็กทริกความสามารถในการซึมผ่านต่ำถูกวัดโดยใช้สะพานเชริง การจัดเรียงแผ่นขนานของความสามารถในการซึมผ่านสัมพัทธ์แสดงทางคณิตศาสตร์เป็น

จ_ร=ค_sd / ε₀ถึง

โดยที่ 'Cs' คือค่าความจุที่วัดได้โดยพิจารณาชิ้นงานเป็นอิเล็กทริกหรือความจุของชิ้นงาน 'd' คือช่องว่างระหว่างอิเล็กโทรด 'A' คือพื้นที่ที่มีประสิทธิภาพของอิเล็กโทรด 'd' คือความหนาของชิ้นงาน 't' คือช่องว่าง ระหว่างอิเล็กโทรดและชิ้นงาน 'x' คือการลดการแยกระหว่างอิเล็กโทรดและชิ้นงานทดสอบและε0คือการอนุญาตของพื้นที่ว่าง

การวัดความสามารถในการซึมผ่านของสัมพัทธ์

ความจุระหว่างอิเล็กโทรดและชิ้นงานแสดงทางคณิตศาสตร์เป็น

C = ค_สค₀/ ค_ส+ ค₀……… eq (ก)

ที่ไหน ค_ส= ε_รจ₀A / d ค₀= ε₀A / t

แทนค_สและ C₀ค่าในสมการ (a) จะได้รับ

C = (จ_รจ₀A / d) (จ₀A / t) / (จ_รจ₀A / d) + (จ₀A / t)

นิพจน์ทางคณิตศาสตร์เพื่อลดตัวอย่างแสดงอยู่ด้านล่าง

จ_ร= d / d - x

นี่คือคำอธิบายของการวัดความสามารถในการซึมผ่านสัมพัทธ์ด้วย Schering bridge

คุณสมบัติ

คุณสมบัติของสะพานเชริงคือ

• จากเครื่องขยายเสียงที่มีศักยภาพจะได้รับแหล่งจ่ายไฟฟ้าแรงสูง
• สำหรับการสั่นสะเทือนของสะพานเครื่องวัดกระแสไฟฟ้าจะใช้เป็นเครื่องตรวจจับ
• ในแขน ab และโฆษณาตัวเก็บประจุแรงดันสูงจะถูกวางไว้
• อิมพีแดนซ์ของแขน bc และ cd ต่ำและอิมพีแดนซ์ของแขน ab และโฆษณาสูง
• จุด 'c' ในรูปคือสายดิน
• อิมพีแดนซ์ของแขน 'ab' และ 'ad' จะอยู่ในระดับสูง
• ในแขน 'ab' และ 'ad' การสูญเสียพลังงานจะน้อยมากเนื่องจากอิมพีแดนซ์ของแขน ab และโฆษณาสูง

การเชื่อมต่อ

การเชื่อมต่อมอบให้กับชุดวงจร Schering bridge ดังต่อไปนี้

• ต่อขั้วบวกของอินพุตเข้ากับขั้วบวกของวงจร
• เชื่อมต่อขั้วลบของอินพุตกับขั้วลบของวงจร
• ตั้งค่าความต้านทาน R3 เป็นตำแหน่งศูนย์และตั้งค่าความจุ C3 เป็นตำแหน่งศูนย์
• ตั้งค่าความต้านทาน R2 เป็น 1,000 โอห์ม
• เปิดแหล่งจ่ายไฟ
• หลังจากการเชื่อมต่อทั้งหมดนี้คุณจะเห็นการอ่านในเครื่องตรวจจับโมฆะตอนนี้ปรับความต้านทานทศวรรษ R1 เพื่อให้ได้การอ่านขั้นต่ำในเครื่องตรวจจับโมฆะดิจิตอล
• จดการอ่านค่าความต้านทาน R1, R2 และความจุ C2 และคำนวณค่าของตัวเก็บประจุที่ไม่รู้จักโดยใช้สูตร
• ทำซ้ำขั้นตอนข้างต้นโดยปรับค่าความต้านทาน R2
• สุดท้ายคำนวณความจุและความต้านทานโดยใช้สูตร นี่คือคำอธิบายการทำงานและการเชื่อมต่อของ Schering bridge

ข้อควรระวัง

ข้อควรระวังบางประการที่เราควรทำในขณะที่เชื่อมต่อกับสะพานคือ

• ตรวจสอบให้แน่ใจว่าแรงดันไฟฟ้าไม่ควรเกิน 5 โวลต์
• ตรวจสอบการเชื่อมต่ออย่างถูกต้องก่อนเปิดแหล่งจ่ายไฟ

การใช้งาน

แอพพลิเคชั่นบางอย่างของการใช้ Schering bridge คือ

• Schering bridges ที่ใช้โดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
• ใช้โดยเครื่องยนต์กำลัง
• ใช้ในเครือข่ายอุตสาหกรรมภายในบ้าน ฯลฯ

ข้อดีของ Schering Bridge

ข้อดีของสะพานเชริงคือ

• เมื่อเทียบกับสะพานอื่น ๆ ค่าใช้จ่ายของสะพานนี้จะน้อยกว่า
• จากความถี่สมการสมดุลจะว่าง
• ที่แรงดันไฟฟ้าต่ำสามารถวัดตัวเก็บประจุขนาดเล็กได้

ข้อเสียของ Schering Bridge

มีข้อเสียหลายประการในสะพาน Schering แรงดันไฟฟ้าต่ำเนื่องจากข้อเสียเหล่านี้จำเป็นต้องใช้สะพาน Schering ความถี่สูงและแรงดันไฟฟ้าเพื่อวัดความจุขนาดเล็ก

คำถามที่พบบ่อย

1). Inverted Schering Bridge คืออะไร?

Schering bridge เป็นสะพานกระแสสลับชนิดหนึ่งที่ใช้วัดความจุของตัวเก็บประจุ

2). เครื่องตรวจจับชนิดใดที่ใช้ในสะพาน AC?

ประเภทของเครื่องตรวจจับที่ใช้ในสะพาน AC เป็นเครื่องตรวจจับแบบสมดุล

3). วงจรบริดจ์หมายถึงอะไร?

วงจรบริดจ์เป็นวงจรไฟฟ้าประเภทหนึ่งซึ่งประกอบด้วยสองกิ่ง

4). Schering Bridge ใช้สำหรับการวัดอะไร

Schering bridge ใช้เพื่อวัดความจุของตัวเก็บประจุ

5). คุณสมดุลวงจรบริดจ์อย่างไร?

วงจรบริดจ์ควรมีความสมดุลโดยปฏิบัติตามเงื่อนไขสมดุลทั้งสองคือขนาดและเงื่อนไขมุมเฟส

ในบทความนี้ภาพรวมของ ทฤษฎีสะพานเชริง , ข้อดี, การใช้งาน, ข้อเสีย, การเชื่อมต่อที่มอบให้กับวงจรบริดจ์, การวัดความสามารถในการซึมผ่านสัมพัทธ์, วงจรสะพานเชริงแรงดันสูง, การวัดเดลต้าสีแทนและพื้นฐานของวงจรสะพาน AC นี่คือคำถามสำหรับคุณปัจจัยอำนาจของสะพานเชริงคืออะไร?